[发明专利]一种曲面棱镜非接触检测方法及装置

说明书

本发明涉及光学检测技术领域，针对现有曲面棱镜的接触检测方法容易损伤棱镜光学表面、测试精度低；非接触检测方法测试光路复杂，无法实现定量检测等问题，提供一种曲面棱镜非接触检测方法及装置。其中，检测方法包括以下步骤：1)自准直显微镜与球面干涉仪对准；2)将待测曲面棱镜放置于自准直显微镜和球面干涉仪之间，使待测曲面棱镜的凸面位于球面干涉仪前；3)用球面干涉仪检测待测曲面棱镜凸面，调整待测曲面棱镜，实现待测曲面棱镜的凸面与球面干涉仪光束自准；然后，用自准直显微镜检测待测曲面棱镜凹面，移动自准直显微镜，实现自准直显微镜与待测曲面棱镜的凹面自准；则自准直显微镜的相对移动量即为待测曲面棱镜球心距离。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种曲面棱镜非接触检测方法及装置。

背景技术

1911年Féry.C.H基于罗兰圆的原理提出了曲面棱镜或费里棱镜(Féry棱镜)，该棱镜的两个工作表面均为球面，且两个球面具有较大的面倾角，使其同时具有分光和成像能力。当曲面棱镜应用在光谱系统中作为分光元件时，可以大大简化系统的结构，减轻系统的质量。

但是，曲面棱镜为非回转对称零件，其一面为凹面，另一面为凸面，对待测曲面棱镜两个表面的球心距离，即面倾角或离轴量有着很高的要求。传统检测平面棱镜或者透镜的方法无法完成检测，给其加工装调带来了很多困难。

针对曲面棱镜的检测问题，研究人员进行了较多的研究。

在2013年12月11日公开的中国发明专利申请CN103439086A中公开了一种非接触式检测曲面棱镜的方法及装置，它通过增加平面棱镜及校正透镜对待测曲面棱镜的像差进行补偿，观察校正后的点扩散函数判断待测曲面棱镜是否达到精度要求。不过，该方法需要对待测曲面棱镜进行像差补偿设计，测试光路较为复杂，检测容易受到残余像差和光路装调的影响，且检测结果无法反映面倾角的数值。

而在文献“Fery棱镜特性及应用研究”(刘力，硕士论文，苏州大学，2013，第38～56页)中分别采用三坐标检测拟合球面的办法和非完善成像两种方法对待测曲面棱镜进行了检测。但是，三坐标检测法为接触检测，会对棱镜的光学表面带来损伤；且所测球面只是很小一部分球冠，拟合精度不高；而非完善成像法，由于极大的残余像差的存在，探测器无法精确对准，其检测精度也非常有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有曲面棱镜的接触检测方法容易损伤棱镜光学表面、测试精度低；非接触检测方法测试光路复杂，无法实现定量检测等不足，而提供一种曲面棱镜非接触检测方法及装置；该检测装置及方法为非接触检测，不损伤光学零件，能够满足待测曲面棱镜的快速、无损、高精度检测需求，可用于待测曲面棱镜的光学加工和装调。

为实现上述目的，本发明提供一种曲面棱镜非接触检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将自准直显微镜与球面干涉仪镜头相对设置在光学平台上，使自准直显微镜与球面干涉仪对准；

2)将待测曲面棱镜放置于自准直显微镜和球面干涉仪之间，使待测曲面棱镜的凸面位于球面干涉仪前；

3)使用球面干涉仪检测待测曲面棱镜的凸面，调整待测曲面棱镜，直至球面干涉仪测得的待测曲面棱镜凸面面形屈光度、倾斜均为零，此时待测曲面棱镜凸面的球心O₂与球面干涉仪的球心像重合；

然后，使用自准直显微镜检测待测曲面棱镜的凹面，移动自准直显微镜，直至能够清晰观察到经待测曲面棱镜凹面反射后的自准直显微镜分划板像，且该分划板像位于自准直显微镜视场中心；此时待测曲面棱镜凹面的球心O₁与自准直显微镜物面中心重合；则自准直显微镜的相对移动量即为待测曲面棱镜球心距离；

或者；